Aula 01 Mecânica dos Solos Origem e Classificação

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Aula 01
Mecânica dos Solos
Origem e Classificação
Prof. Danilo Bernardes Lourenço
Disciplina: Mecânica dos Solos
Mecânica das Rochas
Origem e Aplicações
	I – Terminologia;
	II – Materiais constituintes dos Solos;
	II – Critérios para Classificação;
	III – Características do Solo;
	IV – Formas de Classificação do Solo;
	V - Sistema Unificado de Classificação
	VI - Classificação de Materiais Segundo o DER SP;
	VII - Sistema Rodoviário de Classificação (AASTHO*), (HRB), (TRB)
Terminologia
Rochas
Matérias constituintes essenciais da crosta terrestre provenientes da solidificação do magma ou de lavas vulcânicas ou da consolidação de depósitos sedimentares, tendo ou não sofrido transformações metamórficas. Esses matérias apresentam elevada resistência somente modificável por contatos com o ar ou a água em casos muito especiais.
Blocos de rochas: pedaço de rocha com diâmetro médio superior a 1m.
Matacão: pedaço: de rocha com diâmetro médio superior a 25cm e inferior a 1m.
Pedra: pedaço de rocha com diâmetro médio compreendendo entre 7,6cm e 25cm.
Rocha alterada: é a que apresenta, pelo exame macroscópico ou microscópio, índices de alteração de um ou vários de seus elementos mineralógicos constituintes, tendo geralmente diminuída as características originais de resistência.
Terminologia
Solos
Materiais constituintes da crosta terrestre provenientes da decomposição in situ das rochas pelos diversos agentes geológicos, ou pela sedimentação não consolidada dos grãos elementares constituintes das rochas, com adição eventual de partículas fibrosas de material carbonoso e matéria orgânica coloidal.
Pedregulho: solos cujas propriedades dominantes são devidas à sua parte constituída pelos grãos minerais de diâmetros superiores a 4,8mm e inferiores a 76mm.
	
Areias: Solos cujas propriedades dominantes são devidas à sua parte constituída pelos grãos minerais de diâmetro máximo superior a 0,05mm e inferior a 4,8mm. São caracterizados pela sua textura, compacidade e forma dos grãos. 
Quanto à textura a areia pode ser:
	- grossa: grãos cujo diâmetro máximo entre 2,00mm e 4,80mm;
	- média: grãos cujo diâmetro máximo entre 0,42mm e 2,00mm;
	- fina: grãos cujo diâmetro máximo entre 0,05mm e 0,42mm.ra, a areia pode ser:
Quanto à compacidade, a areia pode ser:
	- fofa (pouco compactada);
	- medianamente compacta;
	- compacta.
Areias
Areias
	Silte
São fragmentos de rocha ou partículas detríticas menores que um grão de areia, que entram na formação do solo ou de uma rocha sedimentar.
Solo que apresenta apenas a coesão necessária para formar, quando seco, torrões facilmente desagregáveis pela pressão dos dedos. Suas propriedades dominantes são devidas à sua parte constituída pelos grãos minerais de diâmetro máximo superior a 0,005mm e inferior a 0,05mm. São caracterizados pela sua textura e compacidade.
Argila
Substância terrosa proveniente da degeneração de rochas feldspáticas, constituída basicamente pela combinação da sílica e da alumina, em fragmentos inferiores a dois micra de diâmetro, com outras substâncias, o que lhe faz variar a cor, do branco ao avermelhado, a plasticidade e a capacidade de absorção de água; barro.
Solo que apresenta características marcantes de plasticidade; quando suficientemente úmido, molda-se facilmente em diferentes formas; quando seco, apresenta coesão bastante para constituir torrões dificilmente desagregáveis por pressão dos dedos; suas propriedades dominantes são devidas à sua parte constituída pelos grãos minerais de diâmetro máximo inferior a 0,005mm. São caracterizados pela sua plasticidade, textura e consistência em seu estado e umidade naturais. Quanto à textura, são as argilas identificadas quantitativamente pela sua distribuição granulométrica. 
Argila - Classificação
	Quanto à plasticidade, podem ser subdivididas em:
- gordas; 
- magras.
	Quanto à consistência, podem ser subdivididas em:
- muito moles (vazas);
- moles;
- médias;
- rijas;
- duras.
Argilas – Principais Grupos Minerais
Os três grupos principais de minerais argílicos são: caolinitas, ilitas e montmorilonitas. As montimorilonitas são as que causam mais preocupação, pois são muito expansivas e, portanto, instáveis em presença de água.
As bentonitas são argilas muito finas, formadas, em sua maioria, pela alteração física de cinzas vulcânicas.
Observação Importante
Os solos que não se podem verificar nitidamente suas características, as predominâncias de propriedades descritas acima não serão denominas pelo nome do tipo de solo. E sim pelas suas características mais acentuadas: argila-arenosa; argila silto-arenosa; silto-argilo.
Matéria Orgânica
Cada solo pode apresentar teor de matéria orgânica, oriundo de restos vegetais e animais. São de fácil identificação, pois possuem cor escura e odor característico. A norma D2487 da ASTM classifica como solo orgânico àquele que apresenta LL de uma amostra seca em estufa menor que 75% do LL de uma amostra natural sem secagem em estufa. Geralmente são problemáticos, devido à sua grande compressibilidade.
Apresentam elevados índices de vazios. As turfas são solos orgânicos com grande porcentagem de partículas fibrosas de material carbonoso (folhas e caules) ao lado de matéria orgânica no estado coloidal. Esse tipo de solo pode ser identificado por ser fofo e não plástico e ainda combustível.
Solo Residual
Solo que se origina da decomposição da rocha-mãe no próprio local aonde está se encontra. Assim, dependendo da distância até a rocha original, poderemos encontrar características diferentes entre os solos originários da mesma rocha. Para que ocorram se faz necessário que a velocidade de decomposição da rocha seja maior que a velocidade de remoção por agentes externos. Nas regiões tropicais a velocidade de composição das rochas é elevada, motivo pelo qual encontramos grandes quantidades de solos residuais no Brasil.
Solo Transportado
	Solo que foi carregado do seu lugar original por algum agente de transporte (vento, água, gravidade).
Solo coluvionar transportado, através da ação da gravidade, de regiões altas para regiões mais baixas;
Solo aluvionar transportado pela água dos rios.
Solo Laterítico
Solo típico da evolução de solos em clima quente, com regime de chuvas moderadas a intensas. Apresenta elevada concentração de ferro e alumínio na forma de óxidos e hidróxidos, daí a sua coloração avermelhada. Encontram-se, geralmente, recobrindo agregações de partículas argilosas. Apresentam-se na natureza, geralmente, não-saturados, com índice de vazios elevado, resultando disto sua baixa capacidade de suporte. Quando compactados, porém sua capacidade de suporte é elevada, sendo por isto muito empregados em pavimentação. Depois de compactado, apresenta contração se o teor de umidade diminuir, mas não apresenta expansão na presença de água.
Solo Laterítico
Solo Concrecionado
Massa de solo que apresenta alta resistência, cujos grãos são ligados, naturalmente entre si, por um cimento qualquer. É designado pelo respectivo tipo seguido pela palavra “concrecionado”.
Principais Diferenças entre Argila e Areia
Areia
Argila
Não apresenta plasticidade
Apresenta plasticidade
Permeável;
Impermeável
Poucas deformações
Altas deformações
Índice de vazios de média a baixo
Alto índice de vazios
Baixa superfície específica
Grande superfície específica (devido ao diâmetro reduzido)
Não se expande
Pode ser expansiva
Turfas: solos com grandes porcentagens de partículas fibrosas de material carbonoso ao lado de matéria orgânica do estado coloidal.
Alteração de rocha: é o solo proveniente da desagregação das rochas in situ pelos diversos agentes geológicos. Será pela respectiva textura, plasticidade e consistência ou compacidade, sendo indicados ainda o grau de alteração e, se possível, a rocha de origem.
Solos superficiais: a zona abaixo da superfície do terreno natural, igualmente constituída de misturas de areias, argilas e matéria
orgânica exposta a ação dos fatores climáticos e de agentes de origem vegetal e animal, será designada simplesmente como solo superficial.
Critérios para Classificação dos Materiais
O principal critério que intervém na classificação dos materiais de superfície, no que concerne a escavação é a maior ou menor dificuldade ou resistência que oferecem ao desmonte, seja ele manual ou mecanizado.
A classificação geológica não se aplica neste caso pois não há correspondência entre ela e a dificuldade ao desmonte.
Mesmo uma rocha, bem caracterizada geologicamente apresenta diferentes graus de compacidade, tendo em vista seu estado de alteração provocado por diversos agente da natureza reduzindo sua característica originais de resistência.
Assim uma rocha classificada geologicamente poderá apresentar diferentes resistência ao desmonte.
A mesma observação pode ser feita com relação às classificações mecânicas dos solos, pois um solo caracterizado como argiloso poderá, tão-somente pela variação do teor de umidade, apresentar a resistência oferecida ao desmonte, de modo extremamente variável.
Além da umidade, outros fatores podem influenciar influir na capacidade de o equipamento (trator de lâmina, por exemplo), executar o desmonte dos materiais da superfície.
O desempenho deles dependerá de algumas características do solo, a saber:
Características do Solo
Tamanho e forma das partículas: quanto maior mais difícil o desmonte pela borda cortante das lâminas e das caçambas e transporte. Partículas com arestas vivas resistem mais ao corte e requerem maior potência para efetua-lo do que as de formas arredondadas. 
Vazios: quanto menor o volume de vazios as partículas tem maior contato umas com as outras o que aumenta o atrito. Um solo bem granulado tem pequeno volume de vazios, oferece maior resistência ao corte.
Teor de umidade: baixo teor de umidade aumenta o atrito entre as partículas resulta em maior dificuldade do desmonte. Por outro lado solos muito úmidos tem densidades o que significa maior potência do equipamento para desmonte.
Solos na umidade ótima oferecem as melhores condições de trabalho, pois diminuem o pó e reduz o desgaste a abrasão do equipamento.
O critério de classificação dos solo em terraplenagem compreende apenas maior ou menor dificuldade na escavação.
Terra comum: solos facilmente escaváveis com emprego de pá ou enxada.
Moledo ou piçarra: materiais mais compactos, suscetíveis de serem desmontados com emprego de picareta.
Rocha branda: constituída por materiais compactos que exigem o emprego de explosivos de baixa potência
Rocha dura: rocha cujo desmonte só se tornaria possível com o emprego exclusivo de explosivos de alta potência.
Formas de Classificação dos Solos
 Pela origem → solos residuais e solos transportados (aluviais, coluviais...)
 Pela sua evolução pedogenética → classificação pedológica dos solos.
 Por características peculiares → presença de MO, estrutura,...
 Pelo tipo e comportamento das partículas constituintes → sistemas de classificação baseado em propriedades e índices (mais empregados na engenharia) – granulometria e limites de Atterberg. 
Sistema Unificado de Classificação (SUCS)
Baseada tão somente na distribuição granulométrica dos solos. Os solos são classificados pela fração granulométrica dominante e subdominante: argila arenosa, areia siltosa, silte argiloso...
Duas letras: SW, CH, CL...
1ª Etapa - verificar a % de finos (menor que 0,075 mm) presente no solo:
Menor que 50%: solo granular (G ou S);
Maior que 50%: solo fino (M, C ou O).
Solos granulares – G ou S:
Observa qual faixa tem maior quantidade;
Teor de finos < 5%
Bem graduado (W): 
Para pedregulho (G): Cu > 4 e 1 < Cc < 3;
Para areia (S): Cu > 6 e 1 < Cc < 3.
Solos Granulares
 Teor de finos > 12%: a característica secundária f (finos) e não mais a uniformidade de granulometria  usar a Carta de Plasticidade (GC, SC, GM ou SM);
 Teor de finos entre 5% e 12%: recomenda-se que sejam apresentadas as duas características intermediárias (ex.: SP-SC, ou seja, areia malgraduada, argilosa);
Solos Finos – Silte; Argila ou Orgânico
 Se a fração fina é predominante  classificação em f(índices de consistência) e não da % das frações granulométricas silte ou argila.
 Casagrande → CARTA DE PLASTICIDADE
Solos de comportamento argiloso  acima da Linha A
Solos orgânicos e siltosos  abaixo da Linha A.
 Característica complementar dos solos finos: compressibilidade
 Quanto maior o wL mais compressível o solo;
 A linha B delimita esse comportamento. wL > 50% alta compre. (H); wL < 50% baixa compre. (L).
Carta de Plasticidade para Solos Finos
Carta de Plasticidade para Solos Finos
Classificação dos Solos Finos
- Índices próximos das Linhas A ou B (ou sobre a faixa de IP 4 a 7), consistem em classificações intermediárias e as duas classificações são apresentadas (ex. SC-SM, CL-CH);
Para a classificação pela SUCS é necessário (solos finos):
 Porcentagem de pedregulho – a fração que passa pela #76,2mm e é retida na #4,75mm (N° 4);
 Porcentagem de areia – a fração que passa na #4,75mm e é retida na #0,075 (N° 200);
 Porcentagem de silte e argila – a fração mais fina que a #0,075mm;
 Coeficiente de uniformidade (Cu) e coeficiente de curvatura (Cc);
 Limite de liquidez e índice de plasticidade da fração do solo que passa na # 4,75mm.
 Fração fina: porcentagem que passa na # N°200;
 Fração grossa: porcentagem retida na # N° 200;
 Fração de pedregulho: porcentagem retida na # N° 4;
 Fração de areia: porcentagem retida na # N° 200 – porcentagem retida na # N°4.
Classificação de Materiais Segundo o DER SP
Materiais de 1ª Categoria: Compreendem os solos em geral, de natureza residual ou sedimentar e seixos rolados ou não com diâmetro máximo de 0,15 cm. 
Em geral todos os materiais são escavados por tratores escavo-transportadores de pneus, empurrados por tratores esteiras de peso compatível ou por escavadeiras hidráulicas. 
Sua escavação não exige o emprego de explosivo. 
Classificação de Materiais Segundo o DER SP
Material de 1⁰ Categoria
Classificação de Materiais Segundo o DER SP
Materiais de 2ª Categoria: 
Compreendem os materiais com resistência ao desmonte mecânico inferior ao da rocha sã, piçarras, isto é, material granular formado geralmente por fragmentos de rocha alterada ou fraturada: saibros, ou seja, material composto geralmente por areia e silte proveniente da alteração da rocha, argilas e rochas alteradas, cuja extração se processa por combinação de métodos que obriguem a utilização contínua e indispensável de equipamento de escarifica- ção, constituído por trator de esteira escarificador de somente um dente - ripper, de dimensões adequadas. 
Classificação de Materiais Segundo o DER SP
Materiais de 2ª Categoria: 
Pode, eventualmente, ser necessário o uso de explosivos.
Estão incluídos nesta classificação os blocos de rocha com volume inferior a 2,0 m³ e os matacões ou pedras de diâmetro médio compreendido ente 0,15 m e 1,0 m. 
Os materiais de 2ª categoria são classificados em: 
2ª categoria com ripper: aplica-se quando houver predominância acentuada do emprego de ripper; 
b) 2ª categoria com explosivos: aplica-se quando houver predominância acentuada do emprego de explosivos
Classificação de Materiais Segundo o DER SP
Material de 2⁰ Categoria
Classificação de Materiais Segundo o DER SP
Materiais de 3ª Categoria: 
Compreendem a rocha sã, matacões maciços, blocos e rochas fraturadas de volume superior a 2,0 m³ que só possam ser extraídos após a redução em blocos menores, exigindo o uso contínuo de explosivos, ou outros materiais e dispositivos para desagregação da rocha
Classificação de Materiais Segundo o DER SP
Material de 3⁰ Categoria
Classificação de Materiais Segundo o DER SP
Solo Mole ou Material Brejoso 
Compreendem os solos que não apresentam em seu estado natural, capacidade de suporte para apoio direto dos equipamentos
de escavação. Sua escavação somente é possível com escavadeiras apoiadas fora da área de remoção, isto é, em aterros ou estivas colocadas para propiciar suporte adequado ao equipamento.
Esta classificação abrange solos localizados acima e abaixo do nível d’água, com teor de umidade elevado. 
Classificação de Materiais Segundo o DER SP
Solo Mole ou Brejoso
Sistema Rodoviário de Classificação (AASTHO*), (HRB), (TRB)
Empregado na engenharia rodoviária  Também baseado na granulometria e nos Limites. 	
São classificados em sete grupos principais: A-1 a A-7.
Os grupos A-1, A-2 e A-3 (materiais granulares)  35% ou menos passam na # 0,075 mm
Os grupos A-4, A-5, A-6 e A-7 (materiais mais finos)  mais de 35% passam na # 0,075 mm
*American Association of State Highway and Transportation
Sistema Rodoviário de Classificação (AASTHO*), (HRB), (TRB)
Critérios para classificação:
Tamanho dos grãos
Pedregulho= fração que passa na # 75 mm e fica retida na 2 mm;
Areia= fração que passa na # 2 mm e fica retida na # 0,075mm;
Silte e argila= fração que passa na # 0,075mm.
-Plasticidade
O termo siltoso é aplicado quando as frações finas do solo têm um IP ≤ 10, já o argiloso IP ≥ 11.
Se seixos e pedras (>75mm)
Registra-se sua presença, mas são excluídos pra classificação.
*O solo será classificado no 1º Grupo 
de encaixe da esq. para direita 
Avaliação da qualidade do subleito →
Índice de grupo (IG) com os grupos e subgrupos do solo. Este índice vem entre parênteses após a designação do grupo e subgrupo.
 Se Eq. < 0 (valor negativo)  IG = 0;
 IG = número inteiro;
 IG (A-1-a, A-1-b, A-2-4, A-2-5 e A-3) = 0;
 O IG dos A-2-6 e A-2-7 são calculados só com a segunda parcela da Equação.
A qualidade do desempenho de um solo como subleito é inversamente proporcional ao IG.
IG=0 solo ótimo quanto a capacidade de suporte
IG=20 solo péssimo quanto à capacidade de suporte